Allocation of steady-state areas of total electrical load schedules of 10/0.4 kV transformer substations located in residential areas

Abstract

Improving the efficiency of regulating the parameters of distribution network modes is an actual task for the energy sector, requiring a detailed analysis of the nature of the total electrical load graphs of 10/0.4 kV transformer substations. The complexity of the problem in consideration is due to the fact that the load variation of transformer substations 10/0.4 kV in residential areas occurs randomly, due to the significant number, wide range and probabilistic nature of the operating modes ofconnected consumers, and the lack of deterministic links between consumers of electricity. The investigated function of total load of transformer substations 10/0.4 kV on a daily interval is non-stationary, in this connection there was a necessity of allocation of stationarity areas for adjusting the process of regulation of parameters of electrical network modes. In order to solve this problem, total load graphs for 10/0.4 kV transformer substations located in a residential area were constructed based on experimental measurements of active and reactive loads. The use of these dependencies made it possible to analyse the distribution law for the active and reactive power of the total load of 10/0.4 kV transformer substations, which change in time is stochastic characterised. The use of probabilistic-statistical modelling was justified to reliably describe the load variation process of 10/0.4 kV transformer substations. The hypothesis of a normal law distribution of the functions under consideration was confirmed and parametric tests were performed. Fisher's F-criterion was used to confirm the hypothesis of variance constancy, and Student's t-criterion was used to confirm the hypothesis of mathematical expectation constancy. Using the fact of constancy of dispersions and expectations of investigated mode parameters, autocorrelation coefficients of investigated random functions were determined and autocorrelation function graphs were plotted. In order to approximate the functions under investigation, the autocorrelation function coefficients were determined using the least-squares method, and an analysis of the attenuation of the autocorrelation function was carried out. The calculations carried out have highlighted the areas of stationarity on the total load curves of the 10/0.4 kV transformer substations. These stationarity plots can be used for further modelling of load graphs and the formation of control actions to adjust the load of consumer regulators in order to equalise the overall electrical load graph, as well as for voltage regulation facilities, which will contribute to the required modes of operation of the electricity distribution networks.Підвищення ефективності регулювання параметрів режимів розподільних електричних мереж є актуальним завданням для енергетики, що вимагає детального аналізу характеру графіків сумарних електричних навантажень трансформаторних підстанцій 10/0,4 кВ. Складність даної проблеми обумовлена тим, що зміна навантаження трансформаторних підстанцій 10/0,4 кВ сельбищних зон відбувається випадковим чином, що обумовлено значною кількістю, широкою номенклатурою і імовірнісним характером режимів роботи підключених споживачів, а також відсутністю детермінованих зв'язків між споживачами електричної енергії. Досліджувана функція сумарного навантаження трансформаторних підстанцій 10/0,4 кВ на добовому інтервалі є нестаціонарною, в зв'язку з чим виникла необхідність виділення ділянок стаціонарності для коригування процесу регулювання параметрів режимів електричної мережі. Для вирішення цього завдання були побудовані сумарні графіки навантаження для трансформаторних підстанцій 10/0,4 кВ, розташованих в сельбищній зоні, на підставі експериментальних вимірювань величини активного і реактивного навантаження. Використання побудованих залежностей дозволило виконати аналіз закону розподілу для активної і реактивної потужності сумарного навантаження трансформаторних підстанцій 10/0,4 кВ, зміна яких у часі носить стохастичний характер. Для достовірного опису процесу зміни навантаження трансформаторних підстанцій 10/0,4 кВ було обґрунтовано застосування ймовірнісно-статистичного методу моделювання. Була підтверджена гіпотеза про нормальний закон розподілу досліджуваних функцій і виконані параметричні тести. Для підтвердження гіпотези про постійність дисперсій застосовувався F-критерій Фішера, а для підтвердження гіпотези про постійність математичного очікування – t-критерій Стьюдента. Використовуючи факт постійності дисперсій і математичних очікувань досліджуваних параметрів режиму, були визначені коефіцієнти автокореляції досліджуваних випадкових функцій і побудовані графіки автокореляційних функцій. З метою апроксимації досліджуваних функції були визначені коефіцієнти автокореляційних функцій, для чого використаний метод найменших квадратів, а також проведено аналіз на загасання автокореляційної функції. Проведені розрахунки дозволили виділити на сумарних графіках навантаження трансформаторних підстанцій 10/0,4 кВ ділянки стаціонарності. Дані ділянки стаціонарності можуть використовуватися для подальшого моделювання графіків навантаження і формування керуючих впливів для коректування навантаження споживачів-регуляторів з метою вирівнювання загального графіка електричного навантаження, а також для засобів регулювання напруги, що сприятиме забезпеченню необхідних режимів роботи розподільних електричних мереж.